Комментарии 41
Интересно, минимальная и максимальная длина волны такого спектрометра ограничена только диодом?
Ещё 100 МОм резистор должен быть очень качественный, судя по всему. Вы применяли с каким ppm?
Фотодиод играет не последнюю роль, но еще ограничения тут в элементах объемной оптики: коллиматор, линзы, решетка. Для работы с еще более дальним ИК еще более специфичная оптика.
По резистору не прокомментирую: статья перевод.
Совершенно верно.
800 нм - это граница видимого и ИК диапазонов, так что у автора спектрометр в БИК области - ближнем ИК. Любой другой поддиапазон ИК будет "более дальним" по сравнению с этим...
Вообще от рефракторной оптики надо уходить, по возможности. Странно, какие такие принципиальные сложности автор нашел в Черни-Тернере, что решил от него отказаться? Зачем там прям обязательно оптический стол для юстировки, тем более по месту?
Нет смысла задавать тонкие технические вопросы переводчику.
Я немного в теме и могу ответить на некоторые вопросы.
Со 100 МОм резистором такая схема работать не будет вовсе независимо от качества. Не видел реальных схем в которых применяли бы резисторы больше 1 МОм. При этом в подавляющем большинстве случаев даже при таком усилении необходимо шунтировать резистор обратной связи конденсатором, иначе возникает самовозбуждение..
Ну а необходимое усиление добавляют с помощью последующих каскадов.
Совершенно верно заменил @Ivanii, в схеме явная ошибка - перепутаны инвертирующий и неинвертирующий входы AD8656
Может это просто опечатка, а может у автора на самом деле ничего и не получилось, но это не повод не написать статью, всё равно проверить невозможно.
Я сам собирал трансимпедансники с усилением по постоянке 10+ МОм, зависит от фотодиода, ОУ и вообще от того где такой усилитель стоит. Да, в обратной связи при таких усилениях просто одного резитора зачастую не достаточно.
10 MOM и 100 MOM однако две большие разницы, как говорят в Одессе. Достичь работы ОУ с таким огромным усилением будет крайне сложно - нужна правильная трассировка, ручной подбор корректирующей ёмкости, грамотный подвод питания, хороший экран из мангитомягкого железа. В общем это задачка на грани шаманизма даже для профи с многолетним опытом разработки цифроаналоговых схем. Возможно вы как раз им и являетесь...
Входа второго операционника перепутаны, первый операционник где нарисован не нужен.
хм, интересно - это случайная ошибка, или "защита от дурака" ?
(так например в художественных произведениях, где главный герой изготовливает взрывчатку из подручных материалов - специально даются неправильные "рецепты")
это китайские операционники)
Первый — формирует искусственную землю, т.к. однополярное питание.
на ней сидит только фотодиод с пА токами, пикоамперный усилитель и вход АЦП c ещё парой сотен пА входного тока, если усилитель убрать, 100кОм делитель и без него с такой "нагрузкой" справится.
а если ещё те милиамперы что идут на питание усилителя загнать в делитель, сделав его килоомным, так тем более.
качество этой "земли" не на что особо не влияет, АЦП своим CMRR >100дБ всё равно любые поползновения этой "земли" задавит.
просто видимо вторую половину сдвоенного усилителя девать некуда было.
В старинных ИК спектрофотометрах в качестве приёмника использовали болометры. И недорогие, и диапазон широкий. Но медленнее фотодиода, хотя, тут и АЦП не быстрый.
Как ни странно, болометры до сих пор ставят в некоторые спектрофотометры. Зависит от задачи, а сами болометры на месте не стоят и развиваются. Сейчас хороший болометр будет стоить намного дороже чем хороший (но обычный) одиночный InGaAs фотодиод.
Это те, которые Фотоэлектронные умножители ФЭУ-xxx и их японские аналоги?
Нет.
Вот, из недавнего:
… можно собрать болометр – прибор, позволяющий измерять интенсивность теплового излучения. В болометрах используется материал, электрическая проводимость которого меняется в зависимости от температуры.
Первый такой прибор изобрёл в 1878 году Сэмюэл Пирпонт Лэнгли — американский астроном, физик и пионер авиации. Он… взял два отрезка металлической фольги и покрыл их техническим углеродом [сажа]. Один отрезок был защищён от излучения, а второй – подвергался ему. Отрезки фольги формировали измерительный мост, оснащённый чувствительным гальванометром и подсоединённый к батарее. Попадавшее на открытую фольгу электромагнитное излучение разогревало её и меняло сопротивление.
К 1880 году Лэнгли усовершенствовал свой болометр так, что тот мог улавливать тепло коровы, находящейся на расстоянии в полкилометра. Такой детектор был чувствителен к изменениям температуры на 0,00001°C.
Не для этих длин волн. В посте вообще не классический ИК-спектрометр, а БИК. Классический (среднедиапазонный) ИК начинается с 2.5 мкм. И принципы детектирования разные. Энергии фотонов > 2.5 мкм не хватает для фотоэмиссии в ФЭУ или электронного возбуждения в полупроводниках фотодиодов, поэтому их детектируют либо болометрами, либо прямыми пироэлектрическими детекторами. В дальнем ИК так и вообще криодетекторы необходимы.
Плюс, старинные ИК-спектрометры были continuous wave с огромными интенсивностями излучения. И то их инерция сильно мешала. Сейчас за редким исключением они все Fourier transform, а для Фурье болометры не особо применимы в силу инерции.
Неохлаждаемый полупроводниковый HgCdTe фотодиод VML10T0 охватывает диапазон от 2 до 10.6мкм. Если охлаждать HgCdTe - то можно и до 24мкм дотянуться.
60 гц это, надо понимать, сетевые наводки?
который с помощью фосфорного покрытия конвертируется в видимый свет
Не знаю, что там в первоисточнике, но в ртутных лампах это называют люминофор.
>Однажды автор попытал счастье в поисках InGaAs-фотодиода на DigiKey, и оказалось, что такой фотодиод можно приобрести примерно за 20 долларов! Понятно, что это раз в сто дороже, чем кремниевый фотодиод
А можно было бы и на том же самом Thorlabs посмотреть, там он конечно стоит не 20, а 65, зато сразу PIN-диод с площадкой в диаметре 150 мкм и не нужно колхозить диафрагму из скотча. Хотя и на DigiKey есть такие же.
А можно взять и германиевый фотодиод для такого спектра, единственное что они гораздо медленнее, чем InGaAs-фотодиоды.
Спасибо, инересно, но вижу несколько "но": линейность шагового привода, температурные коэффициенты расширения материалов, ТКС резистора в трансимпеданснике. Изучались эти вопросы?
Статья — перевод; в контексте температуры автор оценил тепловой шум резистора и фотодиода, а вот по приводу информации нет. Впрочем, данные девайсы обычно не рассчитаны на "полевые" применения: те же когерентные рефлектометры или OFDR вообще не рекомендуют носить, а рабочий диапазон температур у них довольно узкий.
Портативные (почти что карманные) OFDR: Luna OBR 6200 series.
Когерентный рефлектометр - слишком размытое понятие. Если речь про фазочувствительный рефлектометр - то его запросто можно сделать портативным и он будет выполнять свою работу при соответствующих характеристиках, только в его портативности нет особого смысла.
За схему и объяснения к ней спасибо. Я как раз делаю гамма-датчик на аналогичном фотодиоде.
Так, а у нас здесь занимается кто-нибудь разработкой электроникой под оптику? Фотоприёмники, излучатели, вот это вот всё?
В РФ есть коллективы, занимающиеся разработкой к примеру волоконно-оптических приборов, в рамках таких проектов ведется разработка плат под ФП, плат управления модуляторами электрооптическими, управления излучателями, в моем случае это ИТМО.
Интересно было бы посмотреть сырые данные на выходе ацп при отсутствии света.
Там наверняка не вся схема опубликована. Отсутствует фильтр по входу. Ну и да, 24 бита - это скорее маркетинговая фишка.
Зависит от времени оцифровки. 22 может и даст, но это если встроенный усилитель не включать и скорость одного измерения будет 4 Гц. Тут только надо учитывать один момент - вопрос насколько за эти 250 миллисекунд "уплывёт" уровень сигнала от светодиода!
Ну и не стоит забывать что 22 разряда это считая от полного диапазона входных значений. Для примера, если у вас АЦП измеряет входной сигнал от 0 до 5 вольт, а полезный сигнал 100 микровольт, то теоретически достижимая точность измерений будет всего то в 50 000 раз меньше. Вот и считайте, что останется от 22 разрядов.
Посмотреть собственные шумы АЦП или темновой ток фотодиода?
Посмотреть суммарный шум АЦП, фотодиода, усилителя..
Не знаю, как в конкретной сборке с конкретной элементной базой и схемотехникой, но в целом в спектрометрии основная боль именно от темнового тока фотодиода. Поэтому там где требуется высокая чувствительность (Раман, конфокальная микроскопия и т.д.) фотодиоды холодят как минимум Пельтьехами, а нередко и азотом.
Пример такого сигнала представлен в статье:
DIY ИК-спектрометр за $500, который мог бы продаваться за $10,000